淺談地下汙水處理廠電氣特點和能效管理係統的應用

簡婷

开云体育手机下载教程 上海嘉定  201800

摘要：近年來,隨著自然環境的改善，越來越多的城市開始建設地下汙水廠。地下水廠將部分或所有處理構築物置於(yu) 地下箱體(ti) 內(nei) ，而廠區地上部分則做成了景觀綠地或公園。這樣不僅(jin) 合利利用了土地,完善了基礎設施,也是營造城市舒適環境的一個(ge) 發展趨勢。而地下汙水廠的電氣設計與(yu) 地上不同，本文從(cong) 供配電、防雷接地 、照明等方麵闡述地下汙水處理廠的特點，介紹了基於(yu) 物聯網技術能源管理解決(jue) 方案來提高汙水廠的安全穩定運行、節能降耗和高效運維。

關(guan) 鍵詞：地下汙水廠；安全穩定；物聯網；能源管理；高效運維；

       近年來，隨著自然環境的改善，越來越多的城市開始建設地下汙水廠。地下水廠將部分或所有處理構築物置於(yu) 地下箱體(ti) 內(nei) ，而廠區地上部分則做成了景觀綠地或公園。這樣不僅(jin) 合利利用了土地,完善了基礎設施,也是營造城市舒適環境的一個(ge) 發展趨勢。而地下汙水廠的電氣設計與(yu) 地上不同，本文從(cong) 供配電、防雷接地 、照明等方麵闡述地下汙水處理廠設計的特點。汙水廠設備要求供電可靠性，一般不允許停電，中斷供電將造成重大的經濟損失，因汙水廠供電負荷等級為(wei) 二級，應采用兩(liang) 路電源供電，同時為(wei) 保證電源可靠性，備用一台柴油發電機，至少滿足廠內(nei) 應急通風換氣、消防、應急照明等用電。地下式汙水廠和地上廠相比，對配電係統的安全性、可靠性要求更高。例如，地下式汙水廠采用速閉閘或速閉閥保證進水安全，若這些設備的供電出現問題，則可能突然停止進水，影響正常生產(chan) ;也可能無法停止。

一、變配電室設置及供配電係統

1.變配電室布置

       汙水廠的主要大功率設備包括曝氣風機、提升泵、汙泥脫水以及幹化成套設備等。變配電室應充分考慮工藝布局特點，靠近負荷中心，並且變壓器供電半徑不宜太大，同時考慮設備運輸的方便，盡量靠近地下箱體(ti) 通道布置。

2.供配電係統

       汙水廠負荷等級一般為(wei) 二級，宜采用兩(liang) 回 10kV線路供電。10kV 配電係統采用單母線分段結線，放射式供電。各變壓器均勻布置在10kV兩(liang) 段母線上。如有分變配室，分配電室10kV 宜采用線路變壓器組方式，電源一般引自主變配電室，在分變配電室進線處設負荷開關(guan) 作為(wei) 變壓器檢修時的斷開點。配電室0.4kV係統宜采用單母線分段方式。工藝設備中負荷重要的設備(重要工段的水泵、鼓風機等)和設備組(汙泥脫水及幹化係統 、加藥係統等)均由變配電室 0.4kV係統放射式供電。小容量設備如刮泥機、電動閘門、排水泵等，采用動力配電箱及設備現場電控箱的兩(liang) 級配電方式，既保證了主要設備的供電可靠I生，又減少了電纜數量。

3.照明設計

       地下箱體(ti) 內(nei) 設正常照明與(yu) 應急照明裝置。采用智能照明控製係統,可以對不同工況(無人值守、正常巡視 、檢修、參觀等)下不同的照度進行控製，把照明效率與(yu) 節能發揮到較佳狀態，提高管理水平。由於(yu) 對地下箱體(ti) 內(nei) 的照度和可靠性要求高，並且潮濕環境對燈具及線路的影響較大，箱體(ti) 大空間宜采用高效防水防腐的LED工礦燈，LED工礦燈均於(yu) 金屬線槽下安裝,便於(yu) 檢修。消防控製室、防煙及排煙控製區域、中央控製室等場所應設置備用照明；疏散樓梯間、箱體(ti) 內(nei) 疏散通道等區域設置疏散照明及疏散指示標誌燈。應急照明可在現場手動控製，也可由消防控製室控製,火災時或因故失電時,應急照明應能強製點亮。廠區道路及景觀區域照明以裝飾庭院燈具為(wei) 主，燈具形式於(yu) 建築物風格與(yu) 廠區綠化環境相諧調，襯托出舒適、優(you) 美的氣氛，滿足人們(men) 對環境的美好願望。

4.能耗分布

       汙水處理廠的能耗成本主要為(wei) 電能、藥物、燃料，其中電能消耗占有60~90%，我國汙水二級處理電能消耗為(wei) 0.19~0.36 kWh/m³，經過對城鎮汙水處理廠能耗狀況及其影響因素進行分析，結果表明目前我國城市汙水處理廠平均能耗為(wei) 0.29kWh/m³，而美國汙水處理廠平均能耗為(wei) 0.2kWh/m³，日本為(wei) 0.204~0.254kWh/m³。總體(ti) 上看,我國在汙水處理中的節能降耗、優(you) 化運營方麵起步晚，還存在很大的節能降耗空間,而電能的消耗較大在汙水提升泵、鼓風曝氣和汙泥處理環節，較高的能耗水平在一定程度上影響了汙水處理的建設和發展。

二、地下環境對電氣設計的其他影響

1..變配電室的防水、防潮及防腐設計

         由於(yu) 變配電室位於(yu) 地下箱體(ti) 負 1層,上部為(wei) 地麵景觀綠化種植,為(wei) 避免變配電室頂部滯水,變配電室頂部應適當高於(yu) 周圍頂麵,並采用鋼筋混凝土摻入高效抗裂防水劑的措施 ；變配電室內(nei) 的牆麵應采用防水塗料防水布等措施防滲水；變配電室內(nei) 地麵高於(yu) 箱體(ti) 負 1層底板，防止事故時汙水進入變配電室。地下變配電室麵臨(lin) 的另一個(ge) 環境問題就是潮濕。為(wei) 保證電氣設備安全運行，本工程所有高壓開關(guan) 櫃內(nei) 均設溫濕度控製裝置,自動調節櫃內(nei) 溫度及濕度；變配電室內(nei) 還增設獨立的除濕裝置來改善變配電室內(nei) 的環境濕度。地下汙水廠還需要特別考慮腐蝕性氣體(ti) 對電氣設備的腐蝕問題。因此，變配電室內(nei) 采用獨立的新風係統，保證變配電室內(nei) 始終處於(yu) 正壓狀態，以防止腐蝕陛氣體(ti) 侵入變配電室。

2.環境對電氣設備的影響

        全地下水廠因整個(ge) 箱體(ti) 是一個(ge) 封閉空間，內(nei) 部含有汙水池體(ti) 、涉水管道及其內(nei) 部的排水溝道等,整個(ge) 箱體(ti) 內(nei) 比較潮濕,而且汙水進水前端、好氧消化段、汙泥處理段均會(hui) 產(chan) 生硫化氫等氣體(ti) 腐蝕電氣設備，雖然箱體(ti) 內(nei) 設有機械通風及除臭裝置,但通過對多個(ge) 類似水廠的考察，未采取防潮防腐措施的電氣設備被腐蝕較嚴(yan) 重，給運行和維護帶來了不便。因此,箱體(ti) 內(nei) 各單體(ti) 上的配電櫃(箱)宜采用不鏽鋼或聚碳酸酯材質,電纜橋架采用不鏽鋼橋架。相對濕度較大時也可在箱體(ti) 內(nei) 裝設電熱除濕裝置。同時，箱體(ti) 內(nei) 散熱較慢，選擇低壓電氣設備類型時,有必要考慮降容使用。成套裝置或配電櫃內(nei) 布置回路不宜太緊湊，尤其是有變頻器的回路,以防散熱不利。

三、能效管理解決(jue) 方案--AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平台

      安科瑞電氣具備從(cong) 終端感知、邊緣計算到能效管理平台的產(chan) 品生態體(ti) 係，AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平台通過在汙水廠源、網、荷、儲(chu) 、充的各個(ge) 關(guan) 鍵節點安裝保護、監測、分析、治理裝置，用於(yu) 監測汙水廠能耗總量和能耗強度，重點監測主要用能設備能效，保護汙水廠運行安全可靠，提高汙水廠能效，為(wei) 汙水處理的能效管理提供科學、精細的解決(jue) 方案。

圖1 AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平台

1.保障供電可靠性

       對汙水廠配電係統中35kV、10kV電壓等級配置微機保護裝置及多功能儀(yi) 表進行保護和監控，對0.4kV配置多功能計量儀(yi) 表，用於(yu) 監測各回路的電氣參數和用能情況，可實時監控高低壓供配電係統開關(guan) 櫃、變壓器微機保護測控裝置、發電機控製櫃、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調、事故報警及記錄等。

       汙水廠存在大量的非線性負載，通過監測其配電係統的諧波畸變、電壓波動、閃變和容忍度指標分析其電能質量，並配置對應的電能質量治理措施進一步提高供電可靠性。

圖2  AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平台主接線圖

2.建立能源計量體(ti) 係

      AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平台通過搭建計量體(ti) 係，采集汙水處理廠能源數據，顯示汙水處理廠的能源流向和能源損耗，通過能源流向圖幫助其分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區域幫助其了解各工藝環節能源消耗量，並且可細化到樓層、車間、產(chan) 線、班組、工序，計算產(chan) 品單耗、單位麵積能耗或萬(wan) 元產(chan) 值能耗，從(cong) 而計算出能耗總量和單位能耗。

圖3 能源流向圖

3.數據集抄並實時計量

      AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平台提供自定義(yi) 時間抄表功能，可以在任意時間，任意地點，完成對企業(ye) 的三級計量體(ti) 係數據閱覽，減少了人工投入。同時各類保護、儀(yi) 表主動定時上傳(chuan) 數據，保證了能源時效性，為(wei) 其節能降耗，提供了基礎數據支撐。

圖4 數據集抄報表

4. 優(you) 化能源結構

      AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平台支持接入分布式光伏電站以及風力發電站，為(wei) 企業(ye) 提供分布式電站運行監測和發電日/月/年/累計收益和減排分析，支持自發自用、餘(yu) 電上網。在儲(chu) 能環節，平台接入BMS和PCS數據，支持充放電配置策略，並對電池管理係統提供實時預警，根據其負荷特點，削峰填穀，充分使用新能源，降低汙水廠碳排放。

圖5 分布式光伏電站監測運維

5. 提升主要用能設備能效

       汙水處理廠中有著大量的電機、水泵，其中汙水提升泵和鼓風曝氣能耗占據了工藝能耗中的大多數，平台針對這些工藝設備進行監測分析，工藝之間橫向比較，尋找具調控潛力的用電設備、工藝單元，幫助用戶發現其能效提升空間並提供解決(jue) 方案，找到運行區域，顯著降低能源消耗

圖6 管網圖和能效監測

6. 報警及時推送

       平台提供能源報警功能，一旦發現跑冒滴漏，能源消耗異常，電參量異常等情況，能提供多種方式的報警，包括但不限於(yu) 郵件、短信、釘釘推送等。

圖7 報警記錄與(yu) 管理

7. 加強運維管理

       加強巡視維護工作，及時發現或消除設備隱患，提高供電可靠性。配置重要設備包括變壓器、電氣櫃、高壓電纜、空調主機、水泵、鼓風機等設備信息，配置二維碼，快速在移動端獲取設備信息、設備維修曆史記錄以及解決(jue) 問題的常用辦法。

       故障預判和快速診斷功能將以往出現問題再采取措施的被動檢修維護政為(wei) 主動出擊、防患於(yu) 未然的主動運維模式。既可以使運維管理工作更從(cong) 容。還大大提高係統的安全性和可靠性。

圖8 設備運維檔案

8. 典型硬件

四、結語

     地下汙水廠的建設,本著安全可靠、經濟合理 、運行管理的原則，通過合理運用能源管理平台，利用先進的大數據、雲(yun) 計算等互聯網技術，能夠提高汙水廠的供電可靠性，找到節能降耗的實際方案，深入能耗分析，發掘節能潛力，為(wei) 管理者提供準確化的管理手段，提高汙水處理廠的能耗管理水平。

參考文獻

     [1] 董建明，孫展淺.談地下汙水處理廠電氣設計的特點.公用工程設計.2018-O1.25

     [2] 馬培對城市汙水處理廠能耗分析與(yu) 節能降耗途徑探討[J].城市建設理論研究(電子版).2018年06期

     [3] 安科瑞企業(ye) 微電網設計應用手冊(ce) .2020.06版

作者簡介：簡婷，女，本科，現就職於(yu) 开云体育手机下载教程，主要研究智能配電在水利行業(ye) 的應用.